一种变厚度碳纤维复合材料轮辋结构及其铺层设计方法技术

本发明专利技术公开了一种变厚度碳纤维复合材料轮辋结构，包括：外铺层块，其铺设在所述轮辋结构的外侧，为等厚度的多层结构；上铺层块，其铺设在所述轮辋结构的内侧上部，为变厚度的差层结构；下铺层块，其铺设在所述轮辋结构的内侧下部，为变厚度的差层结构；填充铺层块，其铺设在所述外铺层块、所述上铺层块以及所述下铺层块之间；其中，所述上铺层块和所述下铺层块的一端向内延伸，形成环形的连接凸缘；所述上铺层块的另一端向上延伸、所述下铺层块的另一端向下延伸后，与所述外铺层块形成辋环。通过三段对称堆叠式结构，采用差层的变厚度设计，使轮辋的重量轻、强度高。本发明专利技术还提供一种变厚度碳纤维复合材料轮辋结构的铺层设计方法。

A kind of rim structure of carbon fiber composite with variable thickness and its ply design method

【技术实现步骤摘要】
一种变厚度碳纤维复合材料轮辋结构及其铺层设计方法
本专利技术涉及一种变厚度碳纤维复合材料轮辋结构及其铺层设计方法，属于汽车碳纤维复合材料零部件结构设计领域。
技术介绍
碳纤维复合材料是以碳纤维为主体，树脂为基体的聚合物材料，其具有密度低、比强度高、比刚度高、耐疲劳、抗冲击、耐腐蚀、阻尼抗震性好和噪音小等优异的综合性能，并逐渐在汽车车身和底盘结构零部件上得到推广应用。在汽车行驶系中，车轮是重要的承载件和安全件，属于非簧载质量，工作中既有各向移动，又有绕车轮中心的旋转运动。以往的研究表明，其轻量化节能效果是汽车上普通移动部件的3-6倍。在服役过程中，车轮要同时承受纵向、垂向和侧向传来的弯曲、扭转、剪切和冲击等多种复杂动载荷作用，且车轮要长期暴露在外部环境中。因此，车轮需要具备良好的耐疲劳、耐腐蚀和抗冲击性能。在汽车操稳和平顺性方面，汽车车轮的轮辋的阻尼抗震性越好，整车的操稳性和平顺性越好。因此，将碳纤维复合材料用于车轮结构的设计，可以充分发挥碳纤维复合材料独特的性能优势，不仅能实现车轮的轻量化，而且能显著提高车轮以及整车的综合性能。目前，碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变厚度碳纤维复合材料轮辋结构，其特征在于，所述轮辋结构为多层碳纤维丝铺设而成，包括：/n外铺层块，其铺设在所述轮辋结构的外侧，为等厚度的多层结构；/n上铺层块，其铺设在所述轮辋结构的内侧上部，为变厚度的差层结构；/n下铺层块，其铺设在所述轮辋结构的内侧下部，为变厚度的差层结构；/n填充铺层块，其铺设在所述外铺层块、所述上铺层块以及所述下铺层块之间，为等厚度的多层结构；/n其中，所述上铺层块和所述下铺层块的一端向内延伸，形成环形的连接凸缘；/n所述上铺层块的另一端向上延伸、所述下铺层块的另一端向下延伸后，与所述外铺层块一同形成辋环。/n

【技术特征摘要】
1.一种变厚度碳纤维复合材料轮辋结构，其特征在于，所述轮辋结构为多层碳纤维丝铺设而成，包括：
外铺层块，其铺设在所述轮辋结构的外侧，为等厚度的多层结构；
上铺层块，其铺设在所述轮辋结构的内侧上部，为变厚度的差层结构；
下铺层块，其铺设在所述轮辋结构的内侧下部，为变厚度的差层结构；
填充铺层块，其铺设在所述外铺层块、所述上铺层块以及所述下铺层块之间，为等厚度的多层结构；
其中，所述上铺层块和所述下铺层块的一端向内延伸，形成环形的连接凸缘；
所述上铺层块的另一端向上延伸、所述下铺层块的另一端向下延伸后，与所述外铺层块一同形成辋环。


2.根据权利要求1所述的变厚度碳纤维复合材料轮辋结构，其特征在于，所述外铺层块共十五层，总厚度为2.25mm，各铺层沿所述轮辋结构的外侧向内侧方向进行铺贴，所述各铺层的铺层角度依次为：
[45°/-45°/0°/90°/45°/0°/90°/90°/90°/0°/-45°/90°/45°/90°/0°]。


3.根据权利要求2所述的变厚度碳纤维复合材料轮辋结构，其特征在于，所述上铺层块共二十五层，各铺层沿所述轮辋结构的外侧向内侧方向进行铺贴，所述上铺层块包括依次连续设置的：第一上铺层域、第二上铺层域、第三上铺层域；
其中，
在所述第一上铺层域中，第六层、第十二层以及第二十层为差层，各差层的起始端均为所述上铺层块的另一端，各差层的铺层长度从外向内逐层递增，相邻两差层的递增值范围为：1.5～3mm，并且所述第二十层的终止端靠近所述第二上铺层域的一端；
在所述第三上层铺层域中，第三层、第九层、第十四层、第十七层以及第二十三层为差层，各差层的起始端均为所述上铺层块的一端，所述各差层的铺层长度从外向内逐层递增，相邻两差层的递减增值范围为：1.5～3mm，并且所述第二十三层的终止端靠近所述第二上铺层域的另一端；
在铺设每一层差层时，其下一层均采取搭接的铺层方式，并且搭接的角度小于tan(1/10)；
所述上铺层块中，除上述所述差层外，剩余铺层均为共享层，其均匀覆盖铺设在所述第一上铺层域、所述第二上铺层域以及所述第三上铺层域中，并在第二十五层外侧再铺设一层玻璃纤维层。


4.根据权利要求3所述的变厚度碳纤维复合材料轮辋结构，其特征在于，所述上铺层块各铺层的铺层角度由外向内依次为：
[45°/90°/-45°/0°/90°/45°/902°/-45°/0°/90°/45°/902°/-45°/0°/45°/90°/0°/-452°/45°]。


5.根据权利要求4所述的变厚度碳纤维复合材料轮辋结构，其特征在于，所述下铺层块共三十六层，各铺层沿所述轮辋结构的外侧向内侧方向进行铺贴，包括依次连续设置的：第一下铺层域、第二下铺层域以及第三下铺层域；
其中，
在所述第一下铺层域中，第二层、第六层、第八层、第十一层、第十三层、第十六层、第十八层、第二十一层、第二十三层、第二十六层、第二十八层、第三十一层、第三十三层以及第三十五层均为差层，各差层的起始端均为所述下铺层块的一端，各差层的铺层长度从外向内逐层递增，相邻两差层的长度递增值范围为：1.5～3mm，并且所述第三十五层的终止端靠近所述第二下铺层域的一端；
在所述第三下铺层...

【专利技术属性】
技术研发人员：王登峰，许文超，汪勇，高靖博，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22